Ogniwo fotowoltaiczne nazywane niekiedy ogniwem słonecznym lub ogniwem PV, to element (krzemowa płytka półprzewodnikowa), który pod wpływem promieniowania świetlnego (naturalnego lub sztucznego) działa jak generator energii elektrycznej.
Budowa wewnętrzna ogniwa fotowoltaicznego
Większość spotykanych współcześnie ogniw słonecznych wykonywana jest z dwóch płytek krzemu krystalicznego. Zaletą tej technologii jest to, że stosowany materiał sam dla siebie stanowi podłoże, wadą natomiast potrzeba użycia dużych ilości drogiego materiału półprzewodnikowego o wysokiej jakości.
Spotkać można również tzw. krzem amorficzny (bezpostaciowy), wykorzystywany w przypadku elementów cienkowarstwowych oraz kilka innych jeszcze rodzajów materiałów, z którymi wiąże się nadzieję znaczącego obniżenia kosztów produkcji w przyszłości.
Pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne charakteryzują się niewielką mocą i napięciem elektrycznym, dlatego aby uzyskać pożądane wartości mocy elektrycznej muszą być łączone równolegle lub szeregowo. Zespolone ogniwa tworzą baterię nazywaną panelem.
Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego
Padające na ogniwo fotowoltaiczne światło ulega konwersji (zamianie) w energię elektryczną. W ogólnym uproszczeniu cały proces można wyjaśnić następująco:
- absorpcja światła, powodująca przechodzenie elektronów do stanu wzbudzonego;
- lokalne rozdzielenie (separacja) dodatnich i ujemnych ładunków elektrycznych;
- przepływ ładunków elektrycznych do obwodu zewnętrznego.
Przekrój krzemowego, krystalicznego ogniwa słonecznego (źródło: Solarpraxis AG, Berlin, Germany)
Korzyści płynące z zastosowania ogniw fotowoltaicznych
Zastosowanie ogniw fotowoltaicznych wpływa korzystnie – tak jak ogół urządzeń stosowanych w Odnawialnych Źródłach Energii – zarówno dla użytkownika jak i środowiska naturalnego. Możliwości zastosowań układów fotowoltaicznych są nieograniczone. Główną zaletą instalacji z ogniw pv jest niezawodność, lekkość oraz możliwość uzyskiwania darmowej energii elektrycznej o parametrach sieciowych na potrzeby gospodarcze w sposób czysty, cichy i bezobsługowy. Dlatego stają się coraz bardziej powszechne w autonomicznych systemach prądotwórczych, niedołączonych do sieci elektroenergetycznej. Zasilają znaki drogowe, stacje meteorologiczne, przekaźniki radiowo-telekomunikacyjne, satelity oraz wiele różnych zwykłych układów w urządzeniach domowych.
Brak emisji jakichkolwiek gazów podczas wytwarzania energii nie przyczynia się do skażenia atmosfery tlenkami, a tym samym do pogłębiania efektu cieplarnianego.
Przy obecnym zaawansowaniu technologii jedynym problemem jest zastosowanie akumulatorów zdolnych magazynować wytwarzaną energię elektryczną. Ogniwa fotowoltaiczne służą wyłącznie do wytwarzania energii elektrycznej, natomiast kolektory słoneczne (płaskie i rurowe) do wytwarzania energii cieplnej.
W opracowaniu wykorzystano:
- A. Räuber: Technologie wytwarzania i własności ogniw słonecznych. Freiburg 2004; SOLTRAIN, Warszawa 2004;
- W. M. Lewandowski: Proekologiczne źródła energii odnawialnej. WNT, Warszawa 2001.